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Dokumentenidentifikation DE102006026906A1 13.12.2007
Titel Schaltung und Verfahren zur Pulsweitenmodulation mittels synchronisierter, selbstoszillierender Pulsweitenmodulatoren
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Clara, Martin, Villach, AT;
Wiesbauer, Andreas, Pörtschach, AT;
Pötscher, Thomas, Villach, AT;
San Segundo Bello, David, Villach, AT;
Walter, Sergio, Villach, AT
Vertreter Patentanwälte Lambsdorff & Lange, 81673 München
DE-Anmeldedatum 09.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006026906
Offenlegungstag 13.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.12.2007
IPC-Hauptklasse H03K 7/08(2006.01)A, F, I, 20060609, B, H, DE
Zusammenfassung Eine Pulsweitenmodulator-Schaltung weist zwei selbstoszillierende Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B) und eine Synchronisationsschaltung (13, 14) zum Synchronisieren der zwei selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B) auf. Ferner umfasst sie eine Hilfssignal-Erzeugungsschaltung (12) zum Erzeugen eines Hilfssignals, welches den beiden selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B) eingekoppelt wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft Schaltungen und Verfahren zur Pulsweitenmodulation unter Verwendung von synchronisierten, selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren. Die Erfindung kann zur Leistungswandlung in einer Vielzahl von Systemen, insbesondere in Leitungstreibern, Audioverstärkern und Schaltleistungs-Versorgungen verwendet werden.

Pulsweitenmodulatoren wandeln ein analoges Eingangssignal in eine Sequenz von Pulsen um, deren Pulslänge proportional zu der Amplitude des Eingangssignals ist. Die Pulsweitenmodulation (PWM) ermöglicht aufgrund der Werte-Diskretheit des Ausgangssignals einen hohen Wirkungsgrad der Leistungswandlung und bietet hohe Linearität.

Konventionelle PWM-Modulatoren verwenden einen Taktgenerator, der die Schaltfrequenz des PWM-Modulators vorgibt. 1 veranschaulicht eine grundlegende Schaltung zur Erzeugung eines PWM-Signals 1 aus einem analogen Eingangssignal 2. Zur Erzeugung des PWM-Signals 1 vergleicht ein Komperator 3 das Eingangssignal 2 mit dem von einem Dreiecksignal-Generator 4 ausgegebenen Dreiecksignal. Solange die Amplitude des Eingangssignals 2 größer als die Amplitude des Dreiecksignals ist, weist das PWM-Signal den Signalwert 1 auf, ansonsten ist der Signalwert des PWM-Signals 0.

Ferner sind bereits selbstoszillierende PWM-Modulatoren bekannt. Selbstoszillierende PWM-Modulatoren sind kostengünstig, da der Taktgenerator entfällt. Die Selbsterzeugung der Schaltfrequenz kann durch eine Rückkopplung des PWM-Ausgangssignals zum Eingang des PWM-Modulators erzielt werden.

Eine Schwierigkeit bei selbstoszillierenden PWM-Modulatoren besteht darin, dass Variationen der Schaltfrequenz auftreten können. Variationen der Schaltfrequenz führen zu Verzerrungen im Ausgangssignal des PWM-Modulators. Wenn mehrere Kanäle eines Systems mittels mehrerer selbstoszillierender PWM-Modulatoren prozessiert werden sollen, ergeben sich darüber hinaus Probleme aufgrund der fehlenden Synchronität der selbstoszillierenden PWM-Modulatoren.

Daher ist es bereits bekannt, mehrere selbstoszillierende PWM-Modulatoren zu synchronisieren. Die Synchronisation erfolgt über eine Kopplung der selbsterregten Schwingungen in den jeweiligen PWM-Modulatoren. Die Kopplung kann beispielsweise über das Ausgangssignal (d.h. z.B. über die Last) oder über eine Kopplung an internen Knoten der selbstoszillierenden PWM-Modulatoren vorgenommen werden. Synchronisierte, selbstoszillierende PWM-Modulatoren ermöglichen z.B. die Erzeugung eines 3-wertigen pulsweitenmodulierten Signals durch Kombination der beiden 2-wertigen PWM-Ausgangssignale oder die Verstärkung mehrkanaliger Audiosignale.

Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, Techniken anzugeben, die eine wirksame Synchronisierung von zwei (oder mehreren) selbstoszillierenden PWM-Modulatoren ermöglichen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine erfindungsgemäße Pulsweitenmodulator-Schaltung umfasst zwei selbstoszillierende Pulsweitenmodulatoren, eine Synchronisationsschaltung zum Synchronisieren der zwei selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren und eine Hilfssignal-Erzeugungsschaltung. Die Hilfssignal-Erzeugungsschaltung erzeugt ein Hilfssignal, welches den beiden Pulsweitenmodulatoren eingekoppelt wird. Durch die Einkopplung des Hilfssignals in die beiden Pulsweitenmodulatoren kann erreicht werden, dass die Synchronisationsschaltung die Synchronität der beiden selbstoszillierende Pulsweitenmodulatoren auch für kleine Eingangssignalpegel gewährleisten kann.

Das Hilfssignal kann entweder den Eingangssignalen der Pulsweitenmodulatoren überlagert werden oder an geeigneter Stelle getrennt von den Eingangssignalen in die Pulsweitenmodulatoren eingekoppelt werden. Im letzteren Fall kann die Einkopplung vorteilhafterweise über die Schleifenfilter in die Pulsweitenmodulatoren erfolgen.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Einkopplung des von der Hilfssignal-Erzeugungsschaltung erzeugten Hilfssignals in die Pulsweitenmodulatoren nur dann vorgenommen wird, wenn der Signalpegel eines oder beider Eingangssignale der Pulsweitenmodulatoren unter einem Schwellwert liegt. Dadurch wird erreicht, dass bei über dem Schwellwert liegenden Eingangssignalpegeln kein Dynamikverlust aufgrund des Hilfssignals auftreten kann.

Die Pulsweitenmodulator-Schaltung kann zu diesem Zweck eine Mess-Schaltung zur Ermittlung des Signalpegels eines oder beider Eingangssignale umfassen.

Vorzugsweise umfasst die Synchronisationsschaltung einen Phasenversatz-Detektor zur Ermittlung einer Größe, die für den Zeitversatz zwischen den Signalimpulsmitten der von den Pulsweitenmodulatoren erzeugten Signale charakteristisch ist, und eine Frequenzsteuerschaltung zum Verstellen der Frequenz der selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren in Abhängigkeit von der ermittelten Größe. Durch die Detektion und Bewertung des Abstandes zwischen den Signalimpulsmitten der von den Pulsweitenmodulatoren erzeugten Signale können Frequenzfehler bzw. Fehlanpassungen der zwei selbstoszillierenden PWM-Modulatoren korrigiert werden, ohne dabei nichtlineare Verzerrungen hervorzurufen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen 3-Werte-Pulsweitenmodulator, welcher eine Schaltung zum Kombinieren der von den zwei selbstoszillierende Pulsweitenmodulatoren erzeugten 2-wertigen Ausgangssignale in ein 3-wertiges pulsweitenmoduliertes Signal umfasst.

Die Erfindung umfasst ferner eine Schaltungsanordnung mit einer digitalen Datenpumpe, einem der digitalen Datenpumpe nachgeschalteten Digital/Analog-Wandler und einer dem Digital/Analog-Wandler nachgeschalteten Pulsweitenmodulator-Schaltung mit zwei selbstoszillierende Pulsweitenmodulatoren und einer Synchronisationsschaltung zum Synchronisieren der zwei selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren. Die Schaltungsanordnung umfasst ferner eine in der digitalen Datenpumpe vorgesehene Hilfssignal-Erzeugungsschaltung zum Erzeugen eines Hilfssignals, welches den beiden Pulsweitenmodulatoren eingekoppelt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben; in diesen zeigt:

1 eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung der Erzeugung eines PWM-Signals;

2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung in Form eines Blockschaltbilds;

3 ein Schaltbild eines selbstoszillierende PWM-Modulators;

4 ein Schaltbild eines Komparators mit variablem Delay in CMOS-Bauweise;

5 ein Schaltbild eines Phase-Frequenz-Detektors zum Abgleich von Zeitmitten von Pulsen;

6 ein Schaltbild eines Phase-Frequenz-Detektors;

7 ein 3-Werte-PWM-Signal, welches einen DC-Signalwert repräsentiert und in Bezug auf die Zeitmitten der PWM-Pulse fehlausgerichtet ist;

8 ein 3-Werte-PWM-Signal, welches einen DC-Signalwert repräsentiert und in Bezug auf die Zeitmitten der PWM-Pulse ausgerichtet ist;

9 ein Schaubild, in welchem Ausgangspulse von synchronisierten, selbstoszillierenden PWM-Modulatoren mit einer Schalttotzeit dargestellt sind;

10 ein Schaubild, in welchem der differentielle Phasen-Delay gegenüber einem Steuereingangssignal des Schleifenfilters dargestellt ist;

11 ein Schaubild, in welchem das Spektrum der in 2 dargestellten Schaltung bei kleinem Eingangssignal und ausgeschalteter Phasenrückkoppelschleife dargestellt ist;

12 ein Schaubild, in welchem das Spektrum der in 2 dargestellten Schaltung bei kleinem Eingangssignal und eingeschalteter Phasenrückkoppelschleife dargestellt ist;

13 ein Schaltbild einer Datenpumpe mit nachgeschalteter Pulsweitenmodulator-Schaltung;

14 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung; und

15 ein Schaltbild eines aktiven RC-Schleifenfilters zur Einkopplung des Hilfssignals in das Schleifenfilter der selbstoszillierenden PWM-Modulatoren gemäß einer zur 14 alternativen Ausführungsvariante.

Nach 2 umfasst eine erfindungsgemäße Pulsweitenmodulator-Schaltung 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel einen ersten PWM-Modulator PWM1 11A, einen zweiten PWM-Modulator PWM2 11B, eine Hilfssignal-Erzeugungsschaltung AUX_SG 12, einen Schwerpunkt-Detektor CGPD (Center of Gravity Phase Detector) 13 sowie ein Schleifenfilter LF 14. Dem ersten PWM-Modulator 11A wird ein üblicherweise analoges Eingangssignal 15A zugeleitet, der zweite PWM-Modulator 11B empfängt ein üblicherweise analoges Eingangssignal 15B. Die PWM-Modulatoren 11A, 11B sind selbstoszillierende PWM-Modulatoren, die über Ausgangssignalleitungen 16A, 16B pulsweitenmodulierte Ausgangssignale +Vout bzw. –Vout bereitstellen.

Die erforderliche Synchronisierung der PWM-Modulatoren 11A, 11B erfolgt beispielsweise über den Schwerpunkt-Detektor 13 und das Schleifenfilter 14, deren Aufbau und Funktionsweise später beschrieben werden. Alternativ zu der in 2 dargestellten Synchronisierung über den Schwerpunkt-Detektor 13 und das Schleifenfilter 14 kann die Synchronisierung der selbstoszillierenden PWM-Modulatoren 11A, 11B auch durch andere Maßnahmen (beispielsweise über eine Lastkopplung oder über eine Kopplung der beiden PWM-Modulatoren 11A, 11B an internen Knotenpunkten) realisiert werden.

Aus Gründen, die noch später erläutert werden, wird den PWM-Modulatoren 11A, 11B erfindungsgemäß ein Hilfssignal aux eingekoppelt. Die Einkopplung des Hilfssignals aux kann über Hilfssignalleitungen 17A bzw. 17B erfolgen, die das Hilfssignal einem Addierer 18A bzw. einem Subtrahierer 18B zuleiten, welcher an seinem anderen Signaleingang ein Modulations-Eingangssignal +Vin bzw. –Vin entgegennimmt und an seinem Ausgang das Eingangssignal 15A bzw. 15B für die PWM-Modulatoren 11A, 11B ausgibt. Alternativ hierzu kann das Hilfssignal aux über Hilfssignalleitungen 19A bzw. 19B auch direkt in die PWM-Modulatoren 11A und 11B eingekoppelt werden.

Die Hilfssignal-Erzeugungsschaltung 12 kann über ein über eine Steuersignalleitung 19 empfangenes Steuersignal AUX CTRL aktiviert bzw. deaktiviert werden. Das Hilfssignal aux wird nur im aktivierten Zustand erzeugt.

Sofern es sich bei den Modulations-Eingangssignalen +Vin, –Vin um analoge Signale handelt, ist das Hilfssignal aux ebenfalls ein analoges Signal. Es ist jedoch auch möglich, dass sich der Addierer 18A bzw. der Subtrahierer 18B sowie die Hilfssignal-Erzeugungsschaltung 12 in einem digitalen Signalverarbeitungs-Abschnitt befinden, wobei in diesem Fall die Modulations-Eingangssignale +Vin, –Vin und das Hilfssignal aux digitale Signale sind und im Signalweg zwischen dem Addierer 18A bzw. dem Subtrahierer 18B und den selbstoszillierenden PWM-Modulatoren 11A, 11B Digital/Analog-Wandler (nicht dargestellt) vorgesehen sind.

Bei den Modulations-Eingangssignalen +Vin, –Vin kann es sich um differentielle Signale handeln, d.h. –Vin wird durch Invertierung (nicht dargestellt) aus +Vin erzeugt. Alternativ hierzu ist jedoch auch denkbar, dass die Modulations-Eingangssignale +Vin, –Vin voneinander unabhängige Signale sind, d.h. dass die in 2 dargestellte Schaltung zweikanalig ist.

Die in 2 dargestellte Schaltung kann in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Beispielsweise ist die Schaltung als Treiberschaltung für differentielle Signale +Vin, –Vin z.B. für eine 2-Draht-Telefonleitung, insbesondere als xDSL-Leitungstreiber-Schaltung, einsetzbar. In diesem Fall befindet sich zwischen den zu treibenden Signalleitungen und den Ausgangssignalleitungen 16A, 16B noch ein Sendefilter mit Hochpass-Charakteristik (nicht dargestellt). Dieser sogenannte Leitungswandler, der bei dem in 14 dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt ist, blockiert DC-Signalanteile im differentiellen Ausgangssignal +Vout, –Vout.

Das von der Pulsweitenmodulator-Schaltung 10 gelieferte Ausgangssignal +Vout, –Vout ist 3-wertig, da beide Ausgänge +Vout bzw. –Vout die Signalwerte 1 und 0 annehmen können, d.h. das durch Subtraktion +Vout – (–Vout) erzeugte Signal die Werte +1, 0, –1 annehmen kann.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines in der Pulsweitenmodulator-Schaltung 10 enthaltenen selbstoszillierenden PWM-Modulators 11A, 11B. Der PWM-Modulator 11A, 11B weist ein Vorwärtsfilter FFF (Feedforward Filter) 101, einen Komparator 102, eine Verzögerungsschaltung mit steuerbarer Verzögerung 103, gegebenenfalls einen Leistungsverstärker 104, ein Rückkopplungsfilter FBF (Feedback Filter) 105 sowie eine Rückkoppel-Verstärkungsstufe 106 auf. Ferner umfasst der selbstoszillierende PWM-Modulator 11A, 11B einen Subtrahierer 107, dem an seinem positiven Eingang das Eingangssignal 15A bzw. 15B und an seinem negativen Eingang das in der Rückkoppelschleife 105, 106 erzeugte Signal zugeleitet werden. Das Vorwärtsfilter 101 filtert das von dem Subtrahierer 107 erzeugte Differenzsignal und leitet das gefilterte Differenzsignal an den Komparator 102 weiter, welcher es mit einer Referenzspannung Vref vergleicht. Das von dem Komparator 102 ausgegebene Komparator-Ausgangssignal wird in der Verzögerungsschaltung 103 zeitlich in Abhängigkeit von dem Synchronisations-Steuersignal CTRL verzögert. Die Rückkopplung des verzögerten Signals über die Rückkoppelschleife 105, 106 erfolgt beispielsweise entweder hinter der Verzögerungsschaltung 103 oder am Ausgang des der Verzögerungsschaltung 103 nachgeschalteten optionalen Leistungsverstärkers 104. Sofern ein Leistungsverstärker 104 vorgesehen ist, wird der PWM-Modulator 11A, 11Bauch als SOPA (Self-Oscillating-Power-Amplifier) bezeichnet. Am Ausgang des PWM-Modulators 11A, 11B steht das (analoge, wertediskrete) pulsweitenmodulierte Ausgangssignal der Werte 1, 0 zur Verfügung.

Die Selbstoszillations-Frequenz (d.h. die Schaltfrequenz) des in 3 gezeigten PWM-Modulators 11A, 11B wird durch die Open-Loop Phasenantwort der Schaltung bestimmt. Die Schaltung oszilliert bei einer Frequenz, bei welcher eine Phasenverschiebung von 180° auftritt. Die Selbstoszillations-Frequenz lässt sich durch die einstellbare Phasenverzögerung in der Verzögerungsschaltung 103 verändern.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Veränderung der Selbstoszillations-Frequenz eines selbstoszillierenden PWM-Modulators auch in anderer Weise erfolgen kann. Beispielsweise kann anstelle der in 3 beschriebenen Einstellung der Selbstoszillations-Frequenz über die Verzögerungsschaltung 103 auch eine Einstellung der Selbstoszillations-Frequenz über einen Komparator mit einstellbarer Hysterese oder über ein Rückkopplungsfilter 105 mit einstellbarer Bandbreite sowie gegebenenfalls an weiteren Bauelementen des selbstoszillierenden PWM-Modulators 11A, 11B vorgenommen werden.

Die Verzögerungsschaltung 103 kann in den Komparator 102 integriert sein. 4 zeigt einen solchen Komparator mit integrierter Verzögerungsschaltung 200. Die integrierte Verzögerungsschaltung besteht aus einem von dem Komparator 102 angesteuerten CMOS-Inverter, dessen Maximalstrom in Abhängigkeit von dem Steuersignal CTRL vorgegeben wird. Hierfür werden die Gate-Anschlüsse komplementär aufgebauter MOS-Feldeffekt-Transistoren im Drain-Source-Pfad des CMOS-Inverters über einen Vorspannungsgenerator BG (Bias Generator) 201 in Abhängigkeit von dem Steuersignal CTRL geeignet angesteuert. Falls ein großer Abstimmbereich erwünscht ist, kann die zeitliche Verzögerung auch durch weitere nachgeschaltete Inverter mit einstellbarer Verzögerung 202 bewirkt werden.

5 zeigt ein Realisierungsbeispiel für den Schwerpunkt-Detektor 13 der in 2 dargestellten Pulsweitenmodulator-Schaltung 10. Der Schwerpunkt-Detektor 13 besteht beispielsweise aus einer Logikschaltung 300 und einer der Logikschaltung 300 nachgeschalteten Ladungspumpe 301. Die Logikschaltung 300 nimmt an ihren beiden Eingängen das auf der Ausgangssignalleitung 16A übertragene pulsweitenmodulierte Signal CLKA des PWM-Modulators 11A und das auf der Ausgangssignalleitung 16B übertragene pulsweitenmodulierte Signal CLKB des zweiten PWM-Modulators 11B entgegen. Diese Signale werden einem Phase-Frequenz-Detektor PFD-A 302 und in invertierter Form einem Phase-Frequenz-Detektor PFD-B 303 zugeleitet. Dabei dient der erste Phase-Frequenz-Detektor 302 zur Ermittlung einer Phasendifferenz zwischen den ansteigenden Signalflanken der beiden pulsweitenmodulierten Signale CLKA, CLKB und der zweite Phase-Frequenz-Detektor 303 dient zur Ermittlung einer negativen Phasendifferenz zwischen den abfallenden Signalflanken der beiden pulsweitenmodulierten Signale CLKA, CLKB. Die UP- und DOWN-Pulse der beiden Phase-Frequenz-Detektoren 302, 303 werden in ODER-Gattern 304, 305 digital aufsummiert. Das Ausgangssignal UP des ODER-Gatters 304 und das Ausgangssignal DOWN des ODER-Gatters 305 können der Ladungspumpe 301 zugeführt werden und können dort wie bei einer PLL (Phase Locked Loop) zur Steuerung des Ausgangsstroms IOUT verwendet werden, der sich aus den Strömen IUP und IDOWN der Ladungspumpe 301 ergibt. Der Ausgangsstrom IOUT der Ladungspumpe 301 kann – wie ebenfalls aus der PLL-Technik bekannt – dem Schleifenfilter LF 14 zugeleitet werden, welches in dem in 2 dargestellten Beispiel ein differentielles Ausgangssignal CTRL (d.h. genauer +CTRL und –CTRL) ausgibt.

6 zeigt den identischen Aufbau der Phase-Frequenz-Detektoren 302, 303 am Beispiel des Phase-Frequenz-Detektors 302. Die Phase-Frequenz-Detektoren 302, 303 umfassen zwei D-Flip-Flops 401, 402, deren Rücksetzeingänge R miteinander verbunden und mit dem Ausgang eines UND-Gatters 403 in Verbindung stehen. Die Eingänge des UND-Gatters 403 sind mit den Q-Ausgängen UP-A, DOWN-A (für PFD-A 302) bzw. UP-B, DOWN-B (für PFD-B 303) verbunden.

Die Funktionsweise des Schwerpunkt-Detektors 13 ergibt sich aus den Signaldarstellungen in der 5 sowie den in den 7 und 8 dargestellten Signalverläufen. 7 zeigt Signale CLKA und CLKB, deren Signalpulsmitten um &Dgr;T zueinander verschoben sind, d.h. einen Missmatch aufweisen. Die Signale CLKA und CLKB repräsentieren ein 3-wertiges pulsweitenmoduliertes Signal eines DC-Eingangswertes bei nicht synchronisierten PWM-Modulatoren 11A, 11B. Die Fehlerinformation dieses Ausgangssignals ist in der Differenz der Pulsweite des UP-Signals und der Pulsweite des DOWN-Signals und somit – bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel – durch den DC-Anteil des Ausgangsstroms IOUT der Ladungspumpe 301 codiert. Gemäß der bekannten Funktionsweise einer PLL wird der Abgleich der PLL (d.h. hier die Übereinstimmung der Signalpulsmitten von CLKA und CLKB gemäß 8) bei einem Ausgangsstrom IOUT erreicht, der auf den Wert 0 gezwungen wird.

Anstelle der Ladungspumpe 301 können z.B. auch ein Zeit-Digital-Wandler oder andere Schaltungen eingesetzt werden.

Generell gilt für synchronisierte, selbstoszillierende PWM-Modulatoren, dass die zur Synchronisation vorgesehene Kopplung (bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel in exemplarischer Weise realisiert durch den Schwerpunkt-Detektor 13 und das Schleifenfilter 14) die Frequenzverstimmung der selbstoszillierenden PWM-Modulatoren auf 0 zwingen sollte. Dabei tritt insbesondere bei PWM-Modulatoren, die eine Leistungsausgangsstufe (siehe den Leistungsverstärker 104 in 3) aufweisen, das Problem auf, dass bei einem Eingangssignalwert 0 die Ausgangssignale CLKA (entspricht +Vout) und CLKB (entspricht –Vout) eine Totzeit &Dgr;Tmin aufweisen. Das Auftreten der Totzeit &Dgr;Tmin scheint auf parasitäre Kopplungseffekte (z.B. mit der Leistungsversorgung) zurückzuführen zu sein. Da die Beseitigung parasitärer Kopplungseffekte mit einem hohen Aufwand (mehr Leistungsversorgungs-Pins, dickere Bonddrähte, bessere Isolation zwischen den Kanälen und/oder den PWM-Modulatoren 11A, 11B auf dem Silizium-Chip) verbunden ist, erscheint die Beseitigung dieses Totzeit-Effektes schwierig.

Mit anderen Worten tritt zwischen den Ausgangspulsen CLKA und CLKB der beiden synchronisierten, selbstoszillierenden PWM-Modulatoren 11A, 11B stets eine minimale Zeitverzögerung &Dgr;Tmin auf, die durch eine Änderung des Steuersignals CTRL in die richtige Richtung dennoch nicht verkleinert werden kann. Dies bedeutet, dass die differentielle Phasenverzögerung der beiden selbstoszillierenden PWM-Modulatoren 11A, 11B nicht kontinuierlich variiert werden kann. Stattdessen zeigt die differentielle Phasenverzögerung &Dgr;T in Abhängigkeit von dem Steuersignal CTRL ein diskontinuierliches, Hysterese behaftetes Verhalten. Dieser Sachverhalt wird anhand der 9 und 10 näher erläutert. Ohne Eingangssignal (d.h. bei +Vin = –Vin = 0) versucht die Rückkoppelschleife 13, 14 die PWM-Modulatoren 11A, 11B dazu zu zwingen, exakt zum selben Zeitpunkt zu schalten (wobei ein möglicher interner Missmatch in der Rückkoppelschleife 13, 14 vernachlässigt wird). Der ideale Schaltzeitpunkt ist in 9 mit Tideal bezeichnet und stellt den Schaltzeitpunkt des ersten PWM-Modulators 11A (Ausgangssignal CLKA) dar. Aufgrund der beschriebenen Wirkungsweise des Schwerpunkt-Detektors 13 und des in Abhängigkeit davon erzeugten Steuersignals CTRL sollte der zweite PWM-Modulator 11B ebenfalls zum Zeitpunkt Tideal schalten. Stattdessen ist sein Schaltzeitpunkt um &Dgr;Tmin auf Treal verschoben. Die in 10 durch die Gerade 800 dargestellte gewünschte Charakteristik wird nicht erreicht, stattdessen tritt in der Praxis die Hysteresekurve 801 um den Wert &Dgr;T = 0 auf. Die Totzeit beträgt etwa ±1 ns (d.h. &Dgr;Tmin = 1 ns).

Das in 10 gezeigte Hysterese-Verhalten hat zur Folge, dass die Rückkoppelschleife 13, 14 für kleine Eingangssignalpegel +Vin, –Vin nicht zufriedenstellend funktioniert, da sie nicht auf ihren Zielwert &Dgr;T = 0 gelangen kann. Stattdessen gelangt das System in einen durch die Hysterese charakterisierten stabilen Grenzzyklus und verbleibt dort solange, bis das Eingangssignal wieder ausreichend groß ist.

11 zeigt das gemessene Spektrum der Schaltfrequenz der Pulsweitenmodulations-Schaltung 10 mit den beiden PWM-Modulatoren 11A, 11B bei abgeschalteter Rückkoppelschleife 13, 14. Die Leerlauf-Frequenz-Spitze 500 liegt bei der Schaltfrequenz (hier 8,65 MHz) der selbstoszillierenden PWM-Modulatoren 11A, 11B und wird durch den Frequenz-Missmatch der beiden PWM-Modulatoren 11A, 11B hervorgerufen. Das Ziel der Frequenzsynchronisation der selbstoszillierenden PWM-Modulatoren 11A, 11B besteht darin, diese Leerlauf-Frequenz-Spitze 500 zu unterdrücken.

12 zeigt das gemessene Spektrum desselben Systems sobald die Rückkoppelschleife 13, 14 eingeschaltet ist. Aufgrund der Totzeit &Dgr;Tmin kann die Rückkoppelschleife 13, 14 das System nicht auf &Dgr;T = 0 (d.h. vollständige Übereinstimmung der Signalimpulsmitten von CLKA und CLKB) abgleichen. Die im Vergleich zur 11 zusätzlich auftretenden Modulationsspitzen zeigen an, dass das System im Grenzzyklus schwingt, wobei nur eine geringe Schwächung der Leerlauf-Frequenz-Spitze 500 auftritt. Zusätzlich werden unerwünschte Niederfrequenz-Komponenten (nicht dargestellt) im Ausgangssignal erzeugt.

Wenn der Eingangssignalpegel erhöht wird, vermindert sich aufgrund der Phasenmodulations-Komponenten die Wahrscheinlichkeit dafür, dass die PWM-Modulatoren 11A, 11B zeitnah schalten. Wenn der mittlere (analoge) Signalpegel schließlich (um einen bestimmten Faktor) größer als der der Totzone entsprechende Pegel ist, kann die durch die Rückkoppelschleife 13, 14 erzeugte PLL wieder einschwingen. Dieser charakteristische (analoge) Signalpegel hängt nicht nur von der Breite der Totzone ab, sondern auch von anderen Signaleigenschaften, wie beispielsweise dem Crest-Faktor und der Periodizität. Es hat sich gezeigt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass die Pulsweitenmodulator-Schaltung 10 in einen Grenzzyklus gerät, bei einem periodischen Eingangssignal größer als bei einem nicht-periodischen Eingangssignal ist.

Allgemein lässt sich feststellen, dass das Auftreten eines Grenzzyklus einen höchst unerwünschten Betrieb einer durch Rückkopplung frequenzsynchronisierten 3-Werte-Pulsweitenmodulator-Schaltung darstellt, der bei kleinen Eingangssignalpegeln oder im Leerlaufbetrieb, d.h. bei fehlenden Eingangssignalen 15A, 15B, auftritt und Out-of-Band-Probleme hervorruft.

Daher wird erfindungsgemäß das von der Hilfssignal-Erzeugungsschaltung 12 erzeugte Hilfssignal aux an einem geeigneten Punkt in die Signalpfade für die PWM-Modulatoren 11A, 11B eingekoppelt. Das eingekoppelte Hilfssignal aux garantiert, dass die Zeitverzögerung &Dgr;T zwischen den Schaltzeitpunkten der beiden PWM-Modulatoren 11A, 11B ausreichend groß (d.h. insbesondere größer als &Dgr;Tmin) ist, um zu verhindern, dass das System in einen Grenzzyklus hineinläuft.

Sobald die (gewünschten) Eingangssignalpegel ausreichend groß sind, kann das Hilfssignal aux abgeschaltet werden, um den Dynamikbereich der Pulsweitenmodulator-Schaltung 10 nicht zu beeinträchtigen. Ferner ist es möglich, verschiedene Typen (beispielsweise AC oder DC) und/oder verschiedene Pegel des Hilfssignals aux vorzusehen, die in Abhängigkeit von dem aktuell gewünschten Ausgangssignalpegel gewählt werden können, um die System-Performance zu optimieren.

Bei einem über die Signalsteuerleitung 19 zu- und abschaltbaren Hilfssignal aux ist darauf zu achten, dass das An- und Ausschalten des Hilfssignals aux den Betrieb der Pulsweitenmodulator-Schaltung 10 nicht stört. Ferner sollte gewährleistet sein, dass die Injektion des Hilfssignals aux für die weitere Signalverarbeitung keine Probleme bereitet. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das Hilfssignal aux am Ausgang der Pulsweitenmodulator-Schaltung 10 durch ein geeignetes Filter herausgefiltert wird und/oder dass beim Empfänger dafür gesorgt wird, dass das übertragene Hilfssignal aux keine Schwierigkeiten verursacht.

Anhand 13 werden exemplarisch verschiedene Möglichkeiten für die Anordnung und Steuerung der Hilfssignal-Erzeugungsschaltung 12 erläutert. 13 zeigt ein System, das aus einer Datenquelle 20, einer Datenpumpe 21 und der bereits beschriebenen Pulsweitenmodulator-Schaltung 10 aufgebaut ist. Bei der Datenquelle 20 kann es sich beispielsweise um einen Computer handeln. Die Datenpumpe 21 nimmt das von der Datenquelle 20 erzeugte Datensignal entgegen und führt in einer Datenverarbeitungs-Schaltung DP 22 in geeigneter Weise eine Datenverarbeitung durch. Das Ausgangssignal der Datenverarbeitungs-Schaltung 22 wird einem Digital/Analog-Wandler 23 zugeleitet und ausgangsseitig des Digital/Analog-Wandlers 23 in das differentielle analoge Datensignal +Vin, –Vin umgesetzt.

Bei vielen Anwendungen ist der Signalpegel an einem Punkt in dem Signalverarbeitungsweg, z.B. in der digitalen Datenverarbeitungsstufe 22, bekannt. In diesem Fall kann die Steuerung der Hilfssignal-Erzeugungsschaltung 12 in einfacher Weise dadurch erreicht werden, dass eine Steuerlogik L 24 in der Datenpumpe 21 vorgesehen ist, welche in Abhängigkeit von dem von der digitalen Datenverarbeitungsschaltung 22 mitgeteilten Signalpegel das Zu- und Abschalten des Hilfssignals aux über das Signal AUX_CTRL bewerkstelligt. Bei xDSL-Modems wird beispielsweise der Pegel des Sendesignals bei der Initialisierung vereinbart und ist danach in der digitalen Datenpumpe 21 verfügbar.

In Fällen, in welchen der Signalpegel im Datenverarbeitungspfad im System unbekannt oder nicht in geeigneter Weise verfügbar ist, kann der Signalpegel in nicht dargestellter Weise auch am Eingang der Pulsweitenmodulator-Schaltung 10 oder an irgendeinem anderen geeigneten Knoten gemessen werden. Dieser Messwert wird dann der Steuerlogik 24 zugeleitet, die die Hilfssignal-Erzeugungsschaltung 12 steuert. Die Steuerlogik 24 kann in nicht dargestellter Weise auch innerhalb der Pulsweitenmodulator-Schaltung 10 angeordnet sein. Das Vorhandensein einer Mess-Schaltung vergrößert zwar den Schaltungsumfang, erhöht jedoch auf der anderen Seite entscheidend die Out-of-Band-Performance der Schaltung in der Umgebung der Selbstoszillations-Frequenz (Schaltfrequenz) der PWM-Modulatorschaltung 10 bei niedrigen Signalpegeln.

Ferner wird darauf hingewiesen, dass die Hilfssignal-Erzeugungsschaltung 12 an unterschiedlicher Stelle im Datenverarbeitungspfad realisiert sein kann, z.B. direkt in der digitalen Datenpumpe 21. Die Anordnung der Hilfssignal-Erzeugungsschaltung 12 in der Datenpumpe 21 ist eine kostengünstige Lösung, da in diesem Fall die Pulsweitenmodulator-Schaltung 10 nur geringfügig modifiziert werden muss. Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass das Hilfssignal aux im Durchlassband des Signalübertragungspfads zwischen der Datenpumpe 21 und der Pulsweitenmodulator-Schaltung 10 liegt, sodass es die Pulsweitenmodulator-Schaltung 10 erreicht. Da bei xDSL-Systemen die Pulsweitenmodulator-Schaltung 10 mit dem Digital/Analog-Wandler 23 der Datenpumpe 21 AC-gekoppelt ist (d.h. ein DC-Hilfssignal nicht in die Pulsweitenmodulator-Schaltung 10 übertragen wird) und ferner bei xDSL-Systemen die Einkopplung von AC-Signalen nicht zulässig ist, wird bei xDSL-Leitungstreiber-Anwendungen die Hilfssignal-Erzeugungsschaltung 12 üblicherweise in der Pulsweitenmodulator-Schaltung 10 untergebracht sein.

Sofern die Einkopplung und Übertragung eines AC-Hilfssignals nicht gegen die Systemspezifikationen verstößt, ist sie im Allgemeinen der Einkopplung bzw. Übertragung eines DC-Hilfssignals vorzuziehen, da das Betriebsverhalten der Ausgangsstufe (insbesondere der Leistungsverstärker 104) in Bezug auf Linearität und Leistungsverbrauch bei Fehlen einer DC-Komponente besser ist. Eine Hilfssignal-Erzeugungsschaltung 12 für ein AC-Hilfssignal kann ebenfalls als integrierte Schaltung auf dem Chip realisiert sein und das Hilfssignal in der gleichen weise wie bei einem DC-Hilfssignal in einen geeigneten Spannungs- oder Stromknoten in die Pulsweitenmodulator-Schaltung 12 einkoppeln.

Auch für ein AC-Hilfssignal gilt, dass es hinter dem Sendefilter nicht mit dem zu übertragenden Sendesignal interferieren darf und dass es nicht gegen die Systemspezifikationen im Hinblick auf das Übertragungsspektrum (Out-of-Band Spektralmaske) verstoßen darf.

14 zeigt den Schaltungsaufbau eines xDSL-Leitungstreibers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Schaltung umfasst zwei in Art von SOPAs ausgestaltete PWM-Modulatoren 611A, 611B. Für dieselben oder funktionsähnliche Bauteile wie in den vorhergehenden Figuren werden dieselben Bezugszeichen verwandt. Die PWM-Modulatoren 611A, 611B unterscheiden sich von den in 2 dargestellten PWM-Modulatoren 11A, 11B im Wesentlichen nur dadurch, dass sie einen differenziellen Eingang haben. Ein Rückkopplungsnetzwerk 602 ermöglicht die Selbstoszillation der PWM-Modulatoren 611A, 611B. Schleifenfilter LFA, LFB 601 mit differentiellem Eingang und Ausgang nehmen das Eingangssignal entgegen und liefern an ihren Ausgängen die beiden Eingangssignale für den Komparator 102. Ausgangsseitig der beiden PWM-Modulatoren 611A, 611B ist ein Sendefilter TXF 603 mit Hochpass-Charakteristik (sogenannter Line-Transformer) angeordnet. Das Sendefilter 603 speist das gefilterte Signal in die xDSL-Zweidraht-Leitungen 605 ein.

Die Synchronisierung der beiden PWM-Modulatoren 611A, 611B erfolgt vorzugsweise in der bereits beschriebenen Weise über einen Pulsmittenabgleich. Der Pulsmittenabgleich wird von der Phasenrückkoppel-Schleifenschaltung PLL 604 bewerkstelligt, die entsprechend der vorhergehenden Beschreibung beispielsweise einen Schwerpunkt-Detektor 13 und ein Schleifenfilter 14 enthalten kann.

Die Einkopplung eines Hilfssignals in die PWM-Modulatoren 611A, 611B erfolgt über die Hilfssignal-Erzeugungsschaltung 612. Bei kleinen Sendesignalpegeln werden die beiden Schalter SWP (p-Kanal-MOSFET) und SWN (n-Kanal-MOSFET) durchgeschaltet, wodurch der dem Schalter SWP zugeordnete Widerstand RX mit einer positiven Versorgungs- oder Referenzspannung verbunden wird und der dem Schalter SWN zugeordnete Widerstand RX mit einer negativen Versorgungs- oder Referenzspannung verbunden wird. Dadurch wird ein DC-Signal in den Eingang der PWM-Pulsmodulator-Schaltung 611A, 611B eingekoppelt. Der DC-Anteil des Sendesignals wird durch das Sendesignalfilter 603 blockiert.

Die Hilfssignal-Erzeugungsschaltung 612 kann ausgelegt sein, ein Hilfssignal mit mehreren verschiedenen DC-Pegeln zu erzeugen. Hierfür können beispielsweise weitere Ketten aus Widerständen RX und Schaltern SWP, SWN parallel zu der dargestellten Kette angeordnet sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Schalter SWP, SWN nicht mit einer festen differentiellen Spannung (in 14 die Spannung zwischen VDD und GND) zu verbinden, sondern mit einer programmierbaren differentiellen Spannungsquelle zur Erzeugung unterschiedlicher differentieller Spannungen. Derartige Anordnungen ermöglichen eine flexiblere Einstellung von Pegeln des DC-Hilfssignals aux.

Wie bereits erwähnt, kann die Einkopplung des Hilfssignals auch an anderer Stelle in die PWM-Modulatoren 11A, 11B bzw. 611A, 611B erfolgen. Eine Möglichkeit besteht darin, die Einkopplung des Hilfssignals in die Schleifenfilter 601 vorzunehmen. Wenn die Schleifenfilter 601 beispielsweise als aktive Operationsverstärker RC-Filter realisiert sind, kann jedes virtuelle Masse-Knotenpaar verwendet werden, um einen geeigneten Signalstrom zu injizieren. 15 zeigt in beispielhafter Weise ein Schleifenfilter 601 dritter Ordnung des genannten Typs. Das Schleifenfilter 601 umfasst drei Operationsverstärker 701, 702, 703 mit einer jeweiligen Beschaltung aus Widerständen und Kapazitäten. Die Strominjektion erfolgt über die gestrichelt dargestellten Strompfade an den positiven und negativen (invertierenden) Eingängen der Operationsverstärker 701, 702, 703. Die einzelnen Injektions-Knotenpunkte können in nicht dargestellter Weise durch Schalter aktiviert bzw. deaktiviert werden. Für das Schleifenfilter 601 des anderen PWM-Modulators 611B (dieses Schleifenfilter ist in 14 mit LFB bezeichnet) müssen die Hilfssignale invertiert werden. In einer vollständig differentiellen Implementierung kann dies einfach dadurch erfolgen, dass die einander zugeordneten Injektionsknoten über Kreuz miteinander verbunden werden. Das von der Hilfssignal-Erzeugungsschaltung 712 gelieferte positive Hilfssignal wird also dem positiven Eingang der Operationsverstärker 701, 702, 703 im Schleifenfilter LFA und dem negativen Eingang der Operationsverstärker 701, 702, 703 im Schleifenfilter LFB zugeleitet.


Anspruch[de]
Pulsweitenmodulator-Schaltung mit

– zwei selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B),

– einer Synchronisationsschaltung (13, 14; 604) zum Synchronisieren der zwei selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) und

– einer Hilfssignal-Erzeugungsschaltung (12, 612, 712) zum Erzeugen eines Hilfssignals, welches den beiden selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) eingekoppelt wird.
Pulsweitenmodulator-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfssignal-Erzeugungsschaltung (12, 612) ausgelegt ist, das Hilfssignal den Eingangssignalen der selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) zu überlagern. Pulsweitenmodulator-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfssignal-Erzeugungsschaltung (12, 712) ausgelegt ist, das Hilfssignal separat von den Eingangssignalen in die selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) einzukoppeln. Pulsweitenmodulator-Schaltung nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

– die selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) Schleifenfilter (101, 601) aufweisen, und

– die Hilfssignal-Erzeugungsschaltung (12, 712) ausgelegt ist, das Hilfssignal über die Schleifenfilter (101, 601) in die selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren einzukoppeln.
Pulsweitenmodulator-Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsweitenmodulator-Schaltung (10) ausgelegt ist, eine Einkopplung des von der Hilfssignal-Erzeugungsschaltung (12, 612, 712) erzeugten Hilfssignals in die selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) nur dann vorzunehmen, wenn der Signalpegel eines oder beider Eingangssignale der selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) unter einem Schwellwert liegt. Pulsweitenmodulator-Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsweitenmodulator-Schaltung (10) eine Mess-Schaltung zur Ermittlung des Signalpegels eines oder beider Eingangssignale umfasst. Pulsweitenmodulator-Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfssignal-Erzeugungsschaltung (12, 612, 712) ausgelegt ist, ein DC-Hilfssignal zu erzeugen. Pulsweitenmodulator-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfssignal-Erzeugungsschaltung (12, 612, 712) ausgelegt ist, ein AC-Hilfssignal zu erzeugen. Pulsweitenmodulator-Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Synchronisationsschaltung umfasst:

– einen Phasenversatzdetektor (13) zur Ermittlung einer Größe, die für den Zeitversatz zwischen den Signalimpulsmitten der von den selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) erzeugten Signale charakteristisch ist, und

– eine Frequenzsteuerschaltung (14) zum Verstellen der Frequenzen der selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren in Abhängigkeit von der ermittelten Größe.
3-Werte-Pulsweitenmodulator, mit

– zwei selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B),

– einer Synchronisationsschaltung (13, 14; 604) zum Synchronisieren der zwei selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B),

– einer Schaltung zum Kombinieren der von den zwei selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) erzeugten 2-wertigen pulsweitenmodulierten Signale in ein 3-wertiges pulsweitenmoduliertes Signal, und

– einer Hilfssignal-Erzeugungsschaltung (12, 612, 712) zum Erzeugen eines Hilfssignals, welches den zwei selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) eingekoppelt wird.
3-Werte-Pulsweitenmodulator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfssignal-Erzeugungsschaltung (12, 612) ausgelegt ist, das Hilfssignal den Eingangssignalen der selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) zu überlagern. 3-Werte-Pulsweitenmodulator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfssignal-Erzeugungsschaltung (12, 712) ausgelegt ist, das Hilfssignal separat von den Eingangssignalen in die selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) einzukoppeln. 3-Werte-Pulsweitenmodulator nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet, dass

– die selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) Schleifenfilter (101, 601) aufweisen, und

– die Hilfssignal-Erzeugungsschaltung (12, 712) ausgelegt ist, das Hilfssignal über die Schleifenfilter in die selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) einzukoppeln.
3-Werte-Pulsweitenmodulator nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der 3-Werte-Pulsweitenmodulator (10) ausgelegt ist, eine Einkopplung des von der Hilfssignal-Erzeugungsschaltung (12, 612, 712) erzeugten Hilfssignals in die selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) nur dann vorzunehmen, wenn der Signalpegel eines oder beider Eingangssignale der selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) unter einem Schwellwert liegt. 3-Werte-Pulsweitenmodulator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsweitenmodulator-Schaltung (10) eine Mess-Schaltung zur Ermittlung des Signalpegels eines oder beider Eingangssignale umfasst. 3-Werte-Pulsweitenmodulator nach einem der Ansprüche 10 bis 15,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Synchronisationsschaltung umfasst:

– einen Phasenversatzdetektor (13) zur Ermittlung einer Größe, die für den Zeitversatz zwischen den Signalimpulsmitten der von den selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren erzeugten Signale charakteristisch ist, und

– eine Frequenzsteuerschaltung zum Verstellen der Frequenzen der selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) in Abhängigkeit von der ermittelten Größe.
Pulsweitenmodulator-Schaltung mit

– zwei selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B),

– einer Synchronisationsschaltung (13, 14; 604), die mit Synchronisationseingängen der zwei selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) verbunden ist und diese synchronisiert, und

– einer Hilfssignal-Erzeugungsschaltung (12, 612), deren Ausgänge mit den Signaleingängen (15A, 15B) der selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) verbunden sind und die ausgelegt ist, ein Hilfssignal in die Signaleingänge (15A, 15B) der selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) einzukoppeln.
Pulsweitenmodulator-Schaltung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsweitenmodulator-Schaltung (10) ausgelegt ist, eine Einkopplung des von der Hilfssignal-Erzeugungsschaltung (12, 612) erzeugten Hilfssignals in die selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren nur dann vorzunehmen, wenn der Signalpegel eines oder beider Eingangssignale der selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) unter einem Schwellwert liegt. Pulsweitenmodulator-Schaltung nach einem der Ansprüche 17 oder 18,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Synchronisationsschaltung umfasst:

– einen Phasenversatzdetektor (13) zur Ermittlung einer Größe, die für den Zeitversatz zwischen den Signalimpulsmitten der von den selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren erzeugten Signale charakteristisch ist, und

– eine Frequenzsteuerschaltung zum Verstellen der Frequenzen der selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren in Abhängigkeit von der ermittelten Größe.
Pulsweitenmodulator-Schaltung mit

– zwei selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B),

– einer Synchronisationsschaltung (13, 14; 604), die mit Synchronisationseingängen der zwei selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) verbunden ist und diese synchronisiert, und

– einer Hilfssignal-Erzeugungsschaltung (12, 712), deren Ausgänge mit zu den Signaleingängen separaten Hilfssignaleingängen der selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) verbunden sind, um ein Hilfssignal in die selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) einzukoppeln.
Pulsweitenmodulator-Schaltung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsweitenmodulator-Schaltung (10) ausgelegt ist, eine Einkopplung des von der Hilfssignal-Erzeugungsschaltung erzeugten Hilfssignals in die selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) nur dann vorzunehmen, wenn der Signalpegel eines oder beider Eingangssignale der selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) unter einem Schwellwert liegt. Pulsweitenmodulator-Schaltung nach einem der Ansprüche 20 oder 21,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Synchronisationsschaltung umfasst:

– einen Phasenversatzdetektor (13) zur Ermittlung einer Größe, die für den Zeitversatz zwischen den Signalimpulsmitten der von den selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren erzeugten Signale charakteristisch ist, und

– eine Frequenzsteuerschaltung zum Verstellen der Frequenzen der selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) in Abhängigkeit von der ermittelten Größe.
Schaltungsanordnung mit

– einer digitalen Datenpumpe (22),

– einem der digitalen Datenpumpe (22) nachgeschalteten Digital/Analog-Wandler (23), und

– einer dem Digital/Analog-Wandler nachgeschalteten Pulsweitenmodulator-Schaltung (10) umfassend

– zwei selbstoszillierende Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) und

– eine Synchronisationsschaltung (13, 14; 604) zum Synchronisieren der zwei selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B), wobei

– eine Hilfssignal-Erzeugungsschaltung (12, 612, 712) zum Erzeugen eines Hilfssignals, welches den zwei selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) eingekoppelt wird, in der digitalen Datenpumpe (22) vorgesehen ist.
Verfahren zur Pulsweitenmodulation von zwei Signalen, wobei

– jedes Signal einem selbstoszillierenden Pulsweitenmodulator (11A, 11B; 611A, 611B) zugeführt wird,

– ein Hilfssignal in die zwei selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) eingekoppelt wird und

– die zwei selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) synchronisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfssignal den Eingangssignalen der selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) überlagert wird. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfssignal über Hilfssignaleingänge, die zusätzlich zu den Eingängen der Eingangssignale vorgesehen sind, in die selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) eingekoppelt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkopplung des Hilfssignals in die selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) nur dann erfolgt, wenn der Signalpegel, mindestens eines oder beider Eingangssignale der selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) unter einem Schwellwert liegt. Verfahren zur Erzeugung eines 3-wertigen pulsweitenmodulierten Signals aus zwei Eingangssignalen, wobei

– jedes Eingangssignal einem selbstoszillierenden Pulsweitenmodulator (11A, 11B; 611A, 611B) zugeführt wird,

– ein Hilfssignal in die zwei selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) eingekoppelt wird,

– die zwei selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) synchronisiert werden, und

– die Ausgangssignale der selbstoszillierenden Pulsweitenmodulatoren (11A, 11B; 611A, 611B) zur Erzeugung des 3-wertigen pulsweitenmodulierten Signals kombiniert werden.






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